2018年1月3日，甘肅省科技廳公布了擬提名2018年度國家科學技術獎項目，由中國科學院蘭州化學物理研究所完成的“基于濕法凹凸棒石高值利用關鍵技術開發與應用”項目擬參評2018年度國家技術發明獎二等獎。
我國凹凸棒石資源豐富，但利用水平和產品附加值不高，技術瓶頸是天然形成的凹凸棒石以伴生礦居多和納米棒晶以棒晶束形式聚集，利用傳統的干法或半干法處理不能實現其高值利用。該項目經過10多年系統研發，突破了濕法低品位凹凸棒石轉白、伴生礦同步轉化和凹凸棒石棒晶束無損高效解離關鍵技術，開發了凹凸棒石納米無機凝膠、霉菌毒素吸附劑、類瑪雅藍顏料和棕櫚油脫色劑高附加值產品并實現產業化應用。
該項目實現了應用導向的凹凸棒石結構調控和功能化設計，從關鍵技術發明到高值產品開發，形成了具有自主知識產權的完整工藝技術包和技術發明鏈，解決了長期制約凹凸棒石資源高值利用的關鍵瓶頸。該項目所建立的技術體系顯著提升了我國凹凸棒石的自主研發水平，對促進凹凸棒石產業轉型升級和創新發展具有重要意義。
1、項目簡介
凹凸棒石是一種具有規整孔道（0.36 nm×0.64 nm）和納米棒晶結構（棒晶長約1-5 μm，直徑約20-70 nm）的天然一維納米材料。我國凹凸棒石資源豐富，但利用水平和產品附加值不高，主要瓶頸因素是低品位凹凸棒石色澤深和伴生礦組成復雜，同時天然形成的凹凸棒石棒晶大多以鳥巢狀或柴垛狀聚集，利用傳統干法工藝無法實現納米功能化高值應用。該項目在863等項目支持下歷時10年，突破了濕法低品位凹凸棒石結構性轉白、伴生礦高效轉化和凹凸棒石棒晶束無損解離關鍵共性技術難題，形成了具有自主知識產權的完整工藝技術包，在高值化產品開發及應用方面取得重大創新。
該項目主要技術內容包括：
?。?）發明了低品位凹凸棒石結構性轉白關鍵制備技術，利用既具有還原性、又具有酸性和離子絡合能力的有機酸，選擇性梯度溶出八面體中的致色離子，在轉白的同時完整保留了凹凸棒石的規整孔道和納米棒晶，解決了八面體溶蝕引起納米棒晶損傷的技術難題，實現在涂覆鋰離子電池隔膜涂層和增韌補強塑料母粒中的應用；利用凹凸棒石伴生礦和八面體溶出離子，攻克了宏量制備納米功能材料的技術難題，實現了伴生礦的高值利用和溶出離子的有效利用。
?。?）發明了凹凸棒石棒晶束高效無損解離制備新技術，形成了“對輥處理-制漿提純-高壓均質-乙醇交換”一體化工藝，解決了棒晶束解離過程中棒晶損傷和干燥過程中二次團聚的技術難題，實現了凹凸棒石從礦物材料到納米材料的轉變；通過棒晶表面的電荷調控和功能基團組裝，開發了凹凸棒石納米無機凝膠和霉菌毒素吸附劑產品，實現了凹凸棒石棒晶的納米功能性應用。
?。?）發明了高壓均質力場促進凹凸棒石納米孔道與有機分子原位組裝新技術，顯著提升了有機/無機復合材料的雜化效率；采用濕法工藝首次實現了系列顏色鮮艷類瑪雅藍顏料的高效制備，破解了類瑪雅藍顏料工業化穩定生產技術難題，產品在耐候性和防腐涂料中得到應用。
?。?）發明了凹凸棒石原位組裝固體酸活性吸附位點制備技術，首次用濕法工藝實現了毛棕櫚油高效脫色劑的規?；苽?；利用廢棄脫色劑和吸附劑通過原位炭化技術，制備了生物炭/凹凸棒石復合材料，實現了廢棄物的循環利用。
該項目申請國家發明專利50項，已獲授權24項，從關鍵技術發明到高值產品開發，形成了覆蓋該項目關鍵技術的核心專利群。出版了《凹凸棒石黏土應用研究》和《凹凸棒石棒晶束解離及其納米功能復合材料》2部專著，合作制定國家標準和行業標準各1件。發表SCI論文101篇，他引1808次。形成的高端產品各項性能指標達到或超過國外同類產品的技術水平，顯著增強了我國凹凸棒石產業的核心競爭力，近三年新增銷售額達7.11億元?；跐穹ǖ推肺话纪拱羰D白、伴生礦同步轉化和凹凸棒石棒晶束解離技術的突破，解決了長期制約我國凹凸棒石高值化利用和產業發展的關鍵共性問題。相關成果獲甘肅省技術發明獎一等獎1項，江蘇省科學技術獎一等獎1項。
2、項目學術性評價
該項目發表SCI論文101篇，他引1808次。第一完成人王愛勤是目前國內外發表凹凸棒石SCI論文最多的作者，2014-2016連續3年入選Elsevier中國高被引學者（Most Cited Chinese Researchers）化學工程榜單前5位，2017年入選全球 “高被引科學家（2017 Highly Cited Researchers）”工程學榜單。由于在先進材料科學與技術領域做出的貢獻，獲國際先進材料協會（International Association of Advanced Materials，IAAM）頒發的2017年IAAM Medal和中國非金屬礦工業協會成立30周年“優秀科技工作者”。該項目共有6篇論文入選ESI高被引論文，鑒于在凹凸棒石研究方面的影響，受邀在美國黏土礦物學會第55屆年會上，組織凹凸棒石專題會議。
在不損傷凹凸棒石棒晶前提下，實現棒晶束的高效無損解離是公認的世界性難題。鑒于項目組的系統創新研究工作，受邀在黏土礦物主流專業期刊《Applied Clay Science》上撰寫綜述文章，入選Top 1%ESI高被引論文。棒晶束解離系列論文先后被發表在Chem Soc Rev、J Membrane Sci、Chem Eng J、Adv Funct Mater 等頂尖期刊的論文所引用評價。葡萄牙里斯本大學引述評價：“通過高壓均質技術實現了棒晶束的高效解離，為提升凹凸棒石復合材料的性能奠定了基礎（J Mater Chem A 2015, 3, 14696）。
凹凸棒石伴生礦物同步轉化制備介孔材料的研究工作發表在 Chem Eng J 權威期刊，入選年度Top 1%ESI高被引論文。西班牙馬德里材料科學研究所在綜述論文中引述評價：“Wang等人通過甘氨酸改性，實現了凹凸棒石伴生礦物的演化，為凹凸棒石功能應用奠定了基礎（Adv Polym Sci 2015, 267, 39）；有關凹凸棒石類瑪雅藍的研究工作發表后被Eduardo Ruiz-Hitzky教授評述：“Wang等人充分利用凹凸棒石獨特的納米孔道與亞甲基藍和陽離子紅等染料相結合，制備了色彩豐富的類瑪雅藍顏料，表現了出優異的穩定性”（Prog Polym Sci 2013, 38, 1392）。“類瑪雅藍顏料的成功制備為新型黏土礦物納米雜化材料的研制提供了新的思路（Chem Soc Rev 2015, 44, 7207）。
2007年化學工業出版社出版了《凹凸棒石黏土應用研究》（共11章58萬字）；2014年科學出版社出版了《凹凸棒石棒晶束解離及其納米功能復合材料》（共10章94萬字），得到了中國科學院科學出版基金的資助。中國工程院薛群基院士先后為2本專著寫序，認為“非金屬礦在我國儲量豐富，但它屬于不可再生資源，提高資源利用率和開發高附加值的產品離不開技術的持續創新”；“從凹凸棒石棒晶束解離關鍵技術入手，解決制約凹凸棒石黏土應用的瓶頸，對拓展凹凸棒石黏土的應用范圍和鏈接七大新興戰略產業具有重要的意義”；“目前凹凸捧石產業正處在由傳統產業向新興產業的過渡期，相信該書的出版將有助于進一步推動我國凹凸棒石的深入研究和拓展應用”。
3、項目應用評價
?。?）鋰離子電池隔膜領域：江蘇清陶能源科技有限公司應用評價是“采用具有孔道結構和比表面積較大的凹凸棒石納米棒晶，突破了涂覆工藝制備鋰離子電池隔膜關鍵技術，使隔膜的鋰離子傳導率提高33%，電池內阻降低26%，耐熱使用溫度提升15.7%，電池容量保持率和循環壽命提升到領先水平”。
?。?）凹凸棒石納米棒晶增韌補強領域：廣東壹豪新材料科技股份有限公司應用評價是“凹凸棒石納米棒晶具有優異的增韌補強作用，可降低結晶型塑料成核溫度；在PET塑料中添加1%納米棒晶，材料拉伸強度≥120 MPa，懸臂梁缺口沖擊強度≥90 J/m，彎曲強度≥175 MPa，彎曲模量≥8900 MPa，模溫≤90℃，產品性能已達到杜邦FR530產品水平”。
?。?）凹凸棒石膠體和吸附應用領域：展辰新材料集團股份有限公司應用評價是“凹凸棒石納米無機凝膠用于高端水性涂料中其增稠、懸浮和觸變性能與Attagel 50產品相當，優于國產有機化膨潤土產品”。神力特生物科技股份有限公司應用評價是“凹凸棒石玉米赤霉烯酮吸附劑產品吸附率超過93%，產品性能超過國外高端產品水平，具有好的性價比，打破了國外公司的市場壟斷”。
?。?）凹凸棒石在高端耐候性涂料中應用：西北永新涂料有限公司應用評價是“凹凸棒石類瑪雅藍顏料在涂料中易于分散，聚氨酯水性涂料和地坪涂料應用證明，耐候性和耐磨性優異，顯著提升了產品的市場競爭力”。
4、其他
該項目參與制訂了《食品添加劑凹凸棒粘土》（GB 29225-2012）國家標準和《凹凸棒石粘土制品》（JC/T 2266-2014）行業標準，包括凹凸棒石納米無機凝膠等12個產品。“凹凸棒石棒晶束解離關鍵技術創新及其產業化應用”獲得2015年度江蘇省科學技術一等獎，“低品位凹凸棒石關鍵共性技術研發及應用” 獲得2017年甘肅省技術發明一等獎。
該項目成果于先后與西北永新涂料有限公司、馬來西亞The W clay industries sdn bhd公司和江蘇神力特生物科技股份有限公司等簽署全面合作協議，實現了產品的產業化生產。具有規整孔道的納米棒晶應用于江蘇清陶能源科技有限公司和廣東壹豪新材料科技股份有限公司；納米無機凝膠產品在江蘇省華源礦業有限公司實現生產，達到德國巴斯夫Attagel產品水平，實現了出口創匯；無機凝膠和類瑪雅藍顏料產品應用于展辰新材料集團股份有限公司、西北永新涂料有限公司、南京長江涂料有限公司和西安經建油漆股份有限公司高端涂料產品中，提高了涂料的觸變性、穩定性和耐候性；食用油脫色劑產品技術應用于盱眙歐佰特粘土材料有限公司和盱眙國盛礦工業發展有限公司，產品在國內中糧集團等用戶和國外馬來西亞油品公司用戶獲得應用；霉菌毒素吸附劑產品技術在江蘇神力特生物科技股份有限公司實現生產，產品在溫氏集團股份有限公司推廣應用；生物炭/凹凸棒石復合材料在江蘇永威環境科技股份有限公司等單位重金屬污染土壤修復中得到應用。
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